當繪畫融入發明元素

用繪畫記錄發明

——達·芬奇的絕技

世界文明史上留下了許多由繪畫與發明相融合的杰出創造——達·芬奇的作品就a是這方面的卓越代表。

達·芬奇繪制的坦克素描草圖（中）和依據該草圖建造的坦克模型（下）

很多人都知道，達·芬奇是意大利文藝復興時期藝術三杰之首，尤其在世界藝術史上達到了西方古典畫派的頂峰，殊不知他還是一位出色的發明家。他那及時用繪畫記錄觀察思考內容和發明設計構思的方法，使其留下了大量發明與繪畫交融的杰作——他撰寫了一本《繪畫筆記》，深入地研究和論述了由繪畫誕生的發明靈感，認為在經常和隨手的涂畫中可以連續地觸發想象而產生創造性構思。像圖1中他繪制的著名坦克素描草圖（中）可能就受到了馬力戰車（上）繪畫作品的影響;而坦克實物模型（下）正是依據該草圖建造的——這架由當今IBM公司贊助制造的手動坦克模型，外殼用帶孔的金屬板加固，以便士兵在里面使用武器射擊。

達·芬奇還于1485年繪制了著名的飛行器機翼（圖2左）和降落傘（圖2右）發明草圖，其中機翼的發明草圖（左上）顯然是在觀察了蝙蝠翅膀（左下）的基礎上完成的，繪畫線條藝術而簡練——在他看來，蝙蝠的翅膀輕巧而面積大，其結構與功能結合俱佳，適用于飛行器機翼的設計。像這樣的手稿約有5000頁，一直完好地保留至今，達·芬奇隨手涂畫融入的發明元素比比皆是。《發明天才——他們是這樣改變世界》一書的作者、英國著名科普作家杰克·查洛納甚至這樣寫道：“如果他（達·芬奇）的這些發明設計在當時能夠得以實現，將可以使我們的世界科技文明進程足足提前100年。”

知識鏈接

達·芬奇生活在意大利歷史上一個相對動蕩的年代。當時他所在的城市正處于頻繁的戰爭中，受到來自法國和西班牙侵略者的持續威脅，生活在那里的人們需要奮起反抗來保護國家領土和他們的生命財產。為此，達·芬奇提出他能夠制造出功能強大的武器和戰爭防御系統，因而他的繪畫筆記中就留下了許多軍事發明。

繪畫技法的發明來源于科學

——空氣透視法

在觀測自然世界時，人腦通過空氣或大氣透視發揮作用的程度來獲取距離和景深的信息。例如在觀察樹木時，我們能感覺到視覺模糊的樹更遠一些。無論是空氣分子、云霧或其小水滴等，都能夠沖淡色彩飽和度和對比度，并且天晴的時候遠距離的物體看起來紅色更少，綠色、藍色、紫色卻更多。在霧天和多云天氣中則會出現“沒影平面”之感，因為超過一定距離的物體就會消失于觀測者的視線中。

在此基礎上，繪畫中的“空氣透視法”應運而生。“空氣透視法”在我國古代的山水畫中早就廣為應用。在我國宋代（960～1279年）山水畫家郭熙的《早春圖》（圖3），以及13世紀畫家樓觀和后來的畫家王建章的畫作中，我們都可以看到，畫中的距離感是通過更遠處物體的對比度和色彩被山中的霧氣、瀑布的飛沫沖淡來表現的。在西方，最早提出空氣透視法的概念并進行運用的是達·芬奇，從《蒙娜麗莎》（圖4）的人物背景中就可窺見一斑。“空氣透視法”發明的意義在于，眼看不清或看不到的事物，其圖景靠人的大腦給補全了——這就給繪畫創作提供了科學的視覺依據。

中國北宋時期的郭熙實際上運用了“空氣透視法”創作《早春圖》

以繪畫詮釋發明發現

——插畫的功效

在古阿拉伯，曾有一位偉大的發明天才名叫加扎利，他善于用插圖來詮釋他的發明。1206年他創作完成了《精巧機械裝置的知識之書》。書中插入并概述了他先前所做的工程設計方案和草圖，詳細地記載了50件精巧的機械裝置——包括復雜的鐘表、定期改變流動模式的噴泉、提水用的機械以及休閑娛樂的玩具等。對于每件裝置的描述，書中都伴有清楚的發明設計插圖以輔助解釋說明——畫面色彩鮮艷、思路清晰，幾何布局優美合理而富于阿拉伯式的藝術和裝飾性，以便幫助人們加深理解這些機械的結構及工作原理。

在1405年，意大利人發明了“點透視法”后不久，各種各樣的巧妙手段開始出現，以幫助畫家更好地模擬感知到的世界。到了16世紀早期，整個歐洲各種各樣的方法和工具不斷涌現——圖6展示了一幅德國文藝復興時期最偉大的全才式藝術家丟勒在《測量法》中的精彩版畫插圖，他將所發明的透視畫法工具用繪畫形式進行了明確直觀的表現。

16世紀末，德國偉大的天文學家開普勒發現了數學的和諧之美，并認為它就是真實的宇宙圖景。他在奧地利期間，致力于探測當時所觀測到的太陽系六大行星軌道大小之間的數形關系。他驚喜地發現，用柏拉圖的5種正多面體，正好可以表示出六大行星的軌道半徑來——這樣設計出的行星軌道與當時的觀測數據相當吻合。這些素描插圖為人們理解他的思想起到了直觀的說明和解釋作用，不失為一個非常有想象力的太陽系結構圖景。

在《蒙娜麗莎》的背景處理中，達·芬奇運用了“空氣透視法”

用繪畫激發靈感

——從繪畫構思到發明創造

筆者在從事繪畫創作的過程中深深感悟到：有些畫作是含有發明性的，如果不將它畫出來，不給其“見天日”的機會，就更別說實現它了。

很多時候，靈感來自大自然生物界的構造與功能（即仿生學）。筆者是一位崇尚自然生活的人，幻想著有朝一日能投入大自然的懷抱，過著與美景朝夕相伴的生活，于是漸漸就有了《山間螺樓》這幅創作。

這是《精巧機械裝置的知識之書》中的一幅水利發明彩色插畫（注意右上方還畫了一個阿拉伯男子工作之余玩螞蚱的生動情景）

這是一個受海螺殼啟發，按仿生學思路進行的建筑構思。大家知道，各種海螺由于身處海下山石中，需要具有抵抗海水壓力的運動結構和保護其中柔軟生命的幾何構造，其螺殼質地堅硬而強度高，便于海螺的安全生存和行動……這些特點從仿生學角度看，都可以加以汲取和利用。比如在懸崖絕壁上建造“山間螺樓”別墅——抗海底強壓的特性可用來抵抗與分解山間的巨大風壓;質地堅硬而強度高的特性可抵御大山深處的各種突發狀況，經久耐用;此外，由于螺樓截面為圓形，不論風向與陽光角度，都可全方位透氣和旋轉式采光;如果再安裝上蓄排水裝置的話，那就可建造人造瀑布，并且在雨后陽光下能觀賞彩虹美景，享受人間仙境般的生活。

開普勒在《宇宙的奧秘》中以插圖形式解釋了他那著名的宇宙和諧圖景

20年前的一個夏日傍晚，筆者拿著一個普通圓規在畫圖，當雙手拉動圓規雙臂時，想象力好像讓其夾角、等腰三角形等幾何元素與圓規內側“重合”了。我趕緊拿起筆，在一張紙上速畫了個圓規簡圖，此時不知怎么就想到在圓規雙臂中間位置加上一個“微型卷尺”的構思……當時，三角形的“中位線定理”（三角形的中位線平行于第三條邊，并等于第三條邊的一半）是我所知的，再查《數學手冊》，“弓形的弦與夾角的關系式”也找到了，此時的我興奮不已，不久便誕生了圖9左邊的那幅素描畫。

從繪畫到發明的實例—塞項發明后來獲得了國家專利（劉夕慶繪）

簡而言之，繪畫（藝術想象力）和發明（科技創造力）是相融與互通的。筆者認為，它們的融合所產生的成果不是簡單的加法關系，而是翻倍的乘法關系，必將結出豐碩的、理性和激情相結合的創造性之果……讓我們領略它們的美妙和奇特吧！

劉慶結合仿生學的繪畫作品《山間螺樓》——崇尚融入大自然懷抱的生活